Геомеханічні основи управління зоною зруйнованих порід навколо виробок для забезпечення їх стійкості на великих глибинах

Аналітико-експериментальний метод визначення розмірів ЗЗП, який базується на положеннях механіки крихкого руйнування з використанням принципу лінійного накопичування пошкодження, що відрізняється покроковим рішенням задачі з урахуванням впливу коефіцієнта структурного ослаблення міцності порід в масиві на параметри функції суцільності.

Встановлені особливості впливу процесу вакуумування при ін’єкційному зміцненні зруйнованого породного масиву, що полягають в забезпеченні спрямованого потоку в'яжучого розчину, проникненні його на більшу глибину і підвищенні ступеня заповнення порожнини зруйнованого масиву за рахунок зменшення його фільтраційного опору під дією вакууму.

Обґрунтованість і вірогідність наукових положень, висновків і рекомендацій доведені: коректним використанням основних положень гірничої геомеханіки; достатнім обсягом натурних спостережень з використанням глибинних реперів за деформаційними процесами в породному масиві навколо виробок, що проводяться в різноманітних гірничогеологічних і гірничотехнічних умовах; лабораторними дослідженнями ефекту передачі навколишніми породами навантаження на кріплення виробок більш ніж на ста структурних моделях; збіжністю результатів розрахунків з данними лабораторних і шахтних досліджень; позитивними результатами шахтних іспитів, способів, технологій і технічних засобів підвищення стійкості виробок, що підтримуються.

Наукове значення роботи полягає в розкритті особливостей деформаційних процесів в зоні зруйнованих порід при її формуванні навколо виробок і розвитку концепції підвищення вантажонесучої спроможності зруйнованих порід для забезпечення стійкості виробок.

Практичне значення роботи полягає в тому, що на базі встановлених геомеханічних основ управління ЗЗП навколо виробок розроблені нові ефективні способи їх охорони і підтримання в складних умовах глибоких шахт, а саме: спосіб забезпечення стійкості виробок шляхом створення підвищеного опору на їхньому контурі і забезпечення погодженої роботи системи кріплення-навколишні породи (поєднання арочного і податливого анкерного кріплень) ; спосіб локального укріплення порід в зруйнованій зоні, що передбачає поділення її на секторні дільниці за допомогою анкерного кріплення або ін’єкційного нагнітання скріплюючих розчинів, в яких забезпечується самозаклинювання зруйнованих порід. Обґрунтована ефективність процесу вакуумування для створення спрямованого фільтраційного потоку в зміцнюючому масиві і визначені раціональні параметри нового способу нагнітання скріплюючих матеріалів в зруйнований масив.

Запропонована методика обробки і подання результатів натурних спостережень зрушення порід по глибинних вимірних станціях, що дозволяє виявити динаміку формування ЗЗП навколо виробок.

Розроблений аналітико-експериментальний метод прогнозу розмірів ЗЗП в часі, що дозволяє на стадії проектування або поточного планування гірничих робіт приймати більш ефективні рішення по забезпеченню стійкості виробок, що підтримуються.

Новизна способів охорони виробок захищена 10 авторськими свідоцтвами і патентами на винаходи.

Реалізація висновків і рекомендацій роботи. Розроблені автором нові способи і засоби охорони виробок пройшли промислові іспити на шахтах: “Шахтарська-Глибока” ДХК “Шахтарськвугілля”, ім. газети “Соціалістичний Донбас” в/о “Донецьквугілля”, STARIC 2 (Чехія).

В умовах шахти “Шахтарська-Глибока” впроваджено метод підвищення опору на контурі виробки з використанням податливого анкерного кріплення. Зміщення порід покрівлі на експериментальній дільниці зменшилося на 40-45%. Економічний ефект при цьому склав 114, 6 крб. /м (в цінах 1988 р.).

Спосіб локального зміцнення порід навколо підтримуваної гірничої виробки, випробуваний і впроваджений на шахті STARIC2 (Чехія). Він забезпечує зниження швидкості зміщень порід контура виробки з 2-5 мм/добу до 0-0, 1мм/добу при зменшенні видатку зміцнюючого складу, в 3-4 рази у порівнянні з традиційною технологією ін’єкційного укріплення породного масиву.

Промислові іспити способу ін’єкційного укріплення порід з використанням процесу вакуумування проведені на шахті ім. газети “Соціалістичний Донбас”. Застосування процесу вакуумування забезпечує направленість фільтраційного потоку укріплюючого розчину і збільшує коефіцієнт проникності зміцнюємого масиву порід. Встановлено, що розмір зони проникнення скріплюючого розчину зростає з 0, 75 до 1, 5 м, а об’єм заповнення порожнини зруйнованого породного масиву розчином збільшується в 1, 9 рази.

Апробація роботи. Основні положення роботи в цілому і окремі її етапи обговорювалися і отримали схвалення на Всесоюзній науково-технічній конференції (Москва, 1989), Всесоюзній науково-технічній нараді «Шляхи поліпшення стану гірничих виробок» (Донецьк, 1989), а також на Міжнародних конференціях: 2, 3, 4, 5-й школах геомеханіки (Глівіце-Устронь, Польща, 1995, 1997, 1999, 2001) ; «Геотехніка 96; 97; 98» (Острава, Чехія, 1996, 1997, 1998) ; «Охорона праці в підземних і відкритих шахтах і рудниках» (Варна, Болгарія, 1998) ; «Перспективи розвитку гірничих технологій на початку третього тисячоліття” (Алчевськ, Україна, 1999).

Публікації. Основні наукові і практичні результати опубліковані в 40 наукових роботах, в тому числі 10 авторських свідоцтвах і патентах на винаходи.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, 6 розділів, висновків, містить 80 рисунків, 18 таблиць, списку літератури з 146 найменувань і 6 додатків. Вона викладена на 247 сторінках машинописного тексту.

Автор висловлює глибоку подяку і вдячність доктору технічних наук, професору М. П. Зборщику за науково-консультативну допомогу в процесі виконання роботи, доктору технічних наук, професору І. Л. Черняку за надані матеріали вимірів зрушення порід в навколишньому масиві з банку даних МДГА, всім співробітникам ДонНТУ і інженерно-технічним робітникам об'єднань і шахт за допомогу при виконанні інструментальних спостережень і впроваджень результатів досліджень.

 

 

Питання забезпечення стійкості гірничих виробок при розробці пологих вугільних